“新工科”視角下土木類大學生學習共同體構建

王璐 沈揚 劉云

摘要：以互聯網、人工智能、云計算等為新興技術的新經濟形態蓬勃發展，新型工科建設給工程教育帶來了機遇和挑戰。土木類專業作為傳統專業，面臨著專業知識跟不上社會發展和產業需求、跨學科跨專業融合不夠等問題，亟需改造和升級。河海大學土木與交通學院以學生為中心，以第二課堂為落腳點，實現教育教學橫縱向深度融合，系統設計與構建線上虛擬空間、線下共享空間并行，實踐情境體驗空間付諸實際行動的“兩并行一實踐”的學生學習共同體，在要求土木類工程科技人才行業專精的基礎上，培養學生創新實踐能力、跨界整合能力和多元發展能力，助力新工科從理念到行動的全新轉變。

關鍵詞：新工科;跨界整合;創新實踐;學習共同體

中圖分類號：G642.0;TU-4 ? 文獻標志碼：A ? 文章編號：1005-2909（2020）04-0001-07

2017年2月以來，教育部先后在復旦大學、天津大學召開新工科研討會，分別形成了“復旦共識”和“天大行動”。2017年6月9日，教育部在北京召開“新工科研究與實踐專家組成立暨第一次工作會議”，形成“北京指南”，標志著以新工科建設為主題的高等工程教育改革進入到了一個新的階段，培養學科基礎厚、工程能力強、綜合素質高的工程科技人才，才能夠真正服務于新技術、新業態、新產業、新模式為特點的新經濟發展[1]。

基于動態發展的視角，以互聯網、人工智能、云計算、基因工程、腦科學等為主要技術特征的新經濟形態，使得高等工程教育處于一個全新的發展狀態，按照學科專業產生、形成基礎和構成要素劃分，林健提出新工科的學科專業可分為新型學科專業、新生學科專業和新興學科專業三種類型。其中，“新型”指的是對傳統的、現有的（舊）學科進行轉型、改造和升級，包括對內涵的拓展、培養目標和標準的轉變、培養模式的改革和創新等[2]。土木類專業是傳統專業，土木工程中所涉及產業鏈的上游包含工程機械、材料、勞務供應商，下游包含房地產、市政、公用設施、港口、城市地下空間;交通工程所涉及的上游行業包含智能交通信息采集與處理、先進軌道交通體系、技術咨詢、各類支持系統運行的應用軟件和網絡通訊服務等，下游包含交通建設運營、管理、維護等，這些領域在新經濟形態發展下，需要融合電氣、計算機、傳感、通訊、控制等眾多學科內容。目前發展的智能建筑、智能交通、智慧城市、BIM技術，正是產業跨界完善、整合升級的體現，因此探索培養符合新工科背景下的土木工程人才培養路徑意義重大。

一、新工科視角下工程人才能力要求

新工科建設和發展應落腳于新工科專業建設及其人才培養，因此工程教育理念、人才培養模式和教育教學過程都將發生明顯的變化。張吉軍[3]認為工程教育理念需由被動適應轉向主動引領，人才培養模式由專業相對分割轉向跨界融合，教育教學由注重知識講授轉向工程能力傳授。對于新工科背景下工程人才的具體要求，學者們也有深入研究，天津大學校長鐘登華院士認為，新工科的內涵是以應對變化、塑造未來為建設理念，以繼承與創新、交叉與融合、協調與共享為主要途徑，培養多元化、創新型卓越工程人才，為未來提供智力和人才支撐[4];陸國棟、吳愛華[5-6]指出，人才培養的新模式應該著重培養新工科人才工程創新能力、適應變化能力和跨界整合能力;林健[2]提出，新產業和新經濟社會需要工程實踐能力和創新能力強、具備國際競爭力、具有“學科交叉融合”特征的高素質復合型新工科人才;徐曉飛[7]等人提出，人才培養的關鍵在于“?！迸c“通”兩方面的能力;浙江大學黨委副書記葉民[8]提出應從個人能力、團隊能力和全局意識三個維度重構面向未來的新工科人才能力框架。由此得出新工科背景下人才需具備 “一專多能、跨界整合、創新實踐、國際視野、多元發展”等綜合能力。

目前江蘇省有近60所院校開設有土木類專業，僅統計土木工程，交通工程兩個專業，從普通高校到高職高專，在校生規模超7萬人。傳統的土木類專業主要培養掌握行業基本原理和知識、解決工程實際問題、能夠勝任行業相關領域工作的專業技術人才。在新經濟形態快速發展的大環境下，傳統的人才培養顯然與未來行業發展的全新需求不完全匹配，無法支撐服務產業轉型升級。孫峻[9]認為多學科交叉融合的創新能力是“新工科”土木工程人才培養的核心目標，魯正[10]等人認為創新能力和跨界整合能力是新時代卓越土木工程師和優秀新工科人才具備的能力。新工科對人才培養有了新的要求，作為新工科背景下的土木類工程科技人才在行業專精的基礎上，筆者認為還要進一步擁有跨行業、跨學科的知識和能力儲備，具備創新實踐能力、跨界整合能力、多元發展能力和國際視野。

近期學者們已從新工科的概念內涵、實踐意義、平臺建設、人才培養模式等多個方面進行了多視角討論，也從專業設置、教育教學方式、課程體系和教學內容改革等方面展開了新工科實現路徑研討[11-12]。第一課堂學習和第二課堂學習是人才培養生態環境中互為補充的兩個部分，在提高第一課堂作用發揮的同時，更要不斷發展第二課堂。筆者從第二課堂出發，在新工科背景下，結合行業升級改造大環境和學院現有基礎，研究如何構建學習共同體，助力新工科從理念到行動的轉變，為土木類專業工程教育改革提供有效策略。

二、學習共同體內涵及特征探索

“學習共同體”是在維果斯基心理發展理論、社會建構主義理論基礎之上提出的新教學模式。維果斯基心理發展理論認為，知識的獲取是通過社會性的相互作用，是人的高級心理機能的發展過程。他運用活動與心理、活動與意識統一的原則解釋活動與人的心理發展的關系，指出“人所特有的心理技能不是從內部自發產生的，他們只能產生于人們的協同活動和人與人的交往之中，人所特有的新的心理過程必須在人的外部活動中形成，隨后才可能轉移到內部，成為人的內部心理過程的結構”[13]。

這一理論表明學習是人與人之間的協同活動，學生與教師、專家、工程師、學工人員、高年級學生、同年級學生、低年級學生相互作用，協同參與活動，從而形成對所學知識的理解、吸收和內化，最終將其轉為自己的創新知識。

教育要遵循人的發展規律和學生的學習規律，興趣是最好的老師[14]。建構主義學習理論認為，“情境”“協作”“會話”和“意義建構”是學習環境中的四大要素[15]。學習共同體就是要構建在一定的情境中學習者與助學者們共同學習、共享各種學習資源，相互交流和溝通，彼此分享情感體驗和觀念，最終實現共同目標的這樣的一個群體。因此，通過構建學生學習共同體，讓學生在學習專業知識的同時，充分挖掘、利用線上線下資源，不斷促進教育教學協作融合，讓學生組成相互學習、協同合作、共享進步、共同成長的共同體，從而最終提高學生協作學習、跨界整合、創新實踐的重要能力。

三、 基于第二課堂的學生學習共同體構建思路

（一）學習共同體構建依據

為了提高學習共同體構建效率，準確度量學習者學習興趣、習慣、方式和情境喜好等，針對土木類學生學習行為情況設計調查問卷，通過問卷分析發現，有7.3%的學生非常喜歡自學;93%認為同伴、朋輩、項目團隊等形式的學習更為有效，學生期待互動多、深度學習機會多、線上線下雙向結合的學習情境，也期待跨學科協同合作。由此可見，學習共同體的構建符合學生的需求，能夠激發學生自主學習的動力;學習共同體的構建能夠提供自下而上的學習方式，助力學科交叉融合。

分析調查問卷數據，打造科學化、精細化的學習共同體，在構建過程中注重理論知識和實踐活動相匹配，專業技術、智能技術與跨專業知識相融合;注重培養學生的國際視野;注重成員共享協作，新舊知識的多重刺激;注重學習者自身學習效果的轉化和建構，在幫助學生掌握自主探索、自主建構和協同創新學習方式的同時，提高其實踐能力、創新意識和跨界整合能力，開闊其國際視野。

（二） 學習共同體構建思路

河海大學土木與交通學院依托教育部重點實驗室、國家級和江蘇省級教學實驗示范中心、國家級卓越工程師實踐基地，以及其他社會實踐基地，打造了基于第二課堂的土木類學生學習共同體。通過線上虛擬空間、線下共享空間并行，實踐情境體驗空間付諸實際行動的“兩并行一實踐”的學習共同體，實現了學生與教師、專家、工程師、學工人員、學生之間的有效互動，增強了學生的學習體驗，最終用實踐情境檢驗知識轉化情況，形成良性發展的生態學習圈，全過程全方位培養了學生的系統思維、協同合作、問題解決、決策管理、跨界整合、創新實踐和自我管理等能力，具體構建思路如圖1所示。線上教師與學生、學生與學生之間互動、合作、共享、引領;線下專家與學生、工程師與學生、教師與學生、學生與學生之間開展啟發、共享、引導、探究等多維互動式的交流和體驗。如圖2所示，實踐情境體驗社區提供體驗、思辨、實踐氛圍，強調主動體驗和探究，最終培養出的學生能夠應對新經濟形態下所面臨的挑戰和行業轉型升級所帶來的新要求。

通過學習共同體的構建，就培養學生能力方面而言：（1）與高中、高級工程師、高企、高校形成“四高聯盟”，促成開放、融合、同卓、共享的生態圈，一方面強化了課堂外的專業滲透和相互交叉，激發了學生跨專業學習的興趣，提高了自主學習、自主探究的積極性，培養了學生跨界整合的能力，另一方面與社會銜接緊密，學生可快速將理論知識轉化為解決實際問題的能力;（2）與不同年級學生結為共同體，以啟發、引導為主，充分發揮了學生的主觀能動性，調動了高年級優秀學生力量，倡導浸潤式、協作式、引導式教學方法，激發了學生自主學習的積極性和主動性。

從宏觀層面，學習共同體的構建遵循了高等教育教學的客觀規律和創新人才的成長規律，以學生為主體，教育教學深度融合，做到全員、全過程、全方位育人;順應了新經濟形態發展規律，符合新工科背景下人才培養目標，注重傳承與創新、交叉與融合、協調與共享，線上虛擬空間實現了工程教育由階段性學習向終身學習延伸，拓寬了工程教育可持續發展的途徑。

四、學生學習共同體實現路徑探索

基于第二課堂的實現路徑，通過線上線下相結合的方式，利用線上虛擬空間和線下共享社區，充分發揮學生的主導地位，激發學生動力，形成互動、合作、共享的良性學習生態圈，最終實現學生學習共同體。

（一）線上虛擬空間構建

線上虛擬空間的建設依托網絡環境，包括靜態的資源環境和動態的交互環境。靜態的資源環境利用視頻、圖片、聲音、文字等信息，促進師生、生生間多重感官交流，培養學習者立體化、非線性和發散性的網絡思維[16]。靜態的資源環境包含教師慕課、學生慕課、網絡科創秀、土木風向標四種形式。教師慕課主要針對創新實踐性要求較高的專業核心課程，包含土木、交通、水利、環境、管理、法律等相關課程，一部分選用國家精品在線開放課程、國家精品資源共享課等平臺課程資源，另一部分由計算機與信息學院、力學與材料學院、外國語學院、理學院等相關教師組成的校內“土木+”“交通+”交叉學科團隊，從實際技術發展現狀以及存在的問題出發，以啟發和探索的形式，幫助學生融會貫通，完成創新知識的建構。學生慕課由高年級優秀學生代表，從學生的視角，以代表性創新活動為主題，如創新訓練項目、專業類競賽、論文專利成果等內容，將個人在創新實踐活動中積累的經驗和知識系統地傳授給其他學生，以同輩引領、分享交流的形式激發學生創新實踐意識，自覺完善其知識儲備體系。網絡科創秀則是將具有科技創新價值的人工智能、云計算、智能建筑、人文、環境、科技知識，以及現實中土木類熱點問題上傳到虛擬空間，通過新媒介平臺等形式推送，幫助學生開闊眼界，了解和學習有關大數據、人工智能相關知識，鍛煉其整合跨界知識的技能。土木風向標是指通過學院選拔和學生自薦的形式，以故事匯的形式，用生動并貼近學生的語言形式，推出在學習研究、實踐實訓、科技創新等方面表現突出的學生奮斗事跡，發掘學生的創新潛能。學習者根據自己的興趣愛好、學習能力、認知構成和認知能力進行選擇性學習，通過靜態資源環境中各類形式的知識傳遞，既直接學習到了融合“人工智能、云計算、傳感通訊”的土木、人文、環境、科技和法律等方面的知識，又提高了學生跨界整合、多元發展的能力。

互動社區是線上互助答疑、交流學習和公共開放的平臺，是動態交互的環境氛圍，具體運行如圖3所示。學習者根據靜態資源環境學習的情況，與助學者、同伴在互動社區交流，智慧的供給側和新知識不斷匯集、撞擊和轉化，學習資源不斷豐富，知識深度和廣度經過加工得到延伸。一方面，學習者共同建構知識、分享資源，實現了有效學習;另一方面，在交流過程中，學習者與助學者相互監督、相互激勵、答疑解惑，增強了對共同體的歸屬感、認同感和凝聚力。同伴之間因為擁有不同的經歷，因此與他人交流能夠拓寬視野，每個人所掌握的分散性專業知識可以使他們在面對特定困難、技巧時彼此協助，相互支持，并且在共同活動中實現目標。學員群體的認知能力會在知識共享中不斷提高[17]。 學習者和助學者在智力水平、知識結構、思維方法、學習風格等方面取長補短，形成合力，可以促進個人的社會化，保證組織的合理性，提升資源互換的效率。互動社區滿足了90后學生的學習特點，生生、師生之間的有效互動能夠提高學生溝通交流和協作互動的能力。

（二） 線下共享社區構建

線下共享社區包含“土木講堂制”“高高聯盟”“工程師之夜”三個板塊。“土木講堂制”貫穿大學四年，分為“土木大講堂”與“土木微講堂”，不僅面向全體學生，幫助他們了解行業發展趨勢、開闊視野、激發創新意識，培養創新思維，而且構建了教師與學生的交互平臺。邀請土木、交通學科校內外知名專家學者，針對重點領域和關鍵技術為學生講授融知識性、啟迪性、趣味性、前沿性于一體的學科前沿、專業發展與工程實踐報告。每學期舉行5～6期，已開講74次，在提供交流平臺的同時，更加深了學生對專業發展前景的了解，提高了學生學習積極性，拓寬了知識面，激發了學生投入科技創新的熱情。

“微講堂”為學生與學生搭建了交互平臺，邀請學院高年級或已畢業優秀學生作為主講人，針對課程學習、創新實驗、學科競賽等為低年級學生分享學習方法和經驗教訓。每學期8～9期，目前已開講70次，從學生角度出發，以學生口吻更有利于學生接受和理解知識;同輩的示范引領、傳承創新能力，有利于學生自覺、由內而發地開展自主學習;對于主講學生，與受眾交流、分享的過程，是不斷分析與檢驗自己所擁有的經驗的過程，也是自我知識與他人融合與碰撞的過程，有利于雙方創新思維的交互。

“高高聯盟”是指與高中、高校、高級工程師、高企銜接融合，主體均為學生本人。與高中融合是指土木類學生走進高中，結合自己的專業知識，通過專業概論授課、BIM技術演示、現場模型觀摩、模型動手制作等環節，科普式地向高中生普及土木相關學科知識，在培養學生分享、交流、傳承意識的同時，注重學生個人土木知識的內化、運用與創新。與高校融合是指走進不同的高校，去體驗其他專業的開放日。不僅拓寬了個人在人文、環境、法律、計算機、控制、傳感等方面的知識面，而且增強了在專業交叉、綜合以及跨專業、跨學科知識和能力儲備。與高企融合是指促成學生進高企、進項目，幫助他們了解行業發展現狀和趨勢、項目的技術方案與施工難點。與高級工程師深入交流是指將所學知識具化，激發學生根據行業現狀及時調整個人學習目標，有利于學生將工程實際問題與專業知識相結合，同時根據行業、企業現狀激發解決技術困難以及新問題的動力，從而加深對專業新技術的學習。

“工程師之夜”是指邀請已經工作的校友、工程師參與包含參觀實習、座談會、學術交流、冷餐會等在內的活動。工程師分享土木行業專業知識與技術、發展現狀、趨勢、困境、機遇與挑戰，并結合個人經歷，用朋輩的力量感染學生，一方面促進學生創新知識建構，提高其協同創新意識、專業技能、創新思維、就業競爭實力;另一方面，通過分享人生經歷，交換思想、探討各自的境遇、目標和理想，幫助學生建立對未來發展的信心。

（三）實踐情境體驗

學習共同體是一個多方互動的過程，通過多方交流反饋，在兩個“平行”空間深度浸染，不斷完善和構建創新知識。進入實踐情境體驗空間，學生不僅獲取了知識和信息，同時也在自然而然地進行篩選、內化、積累、建構，并通過實踐的形式呈現。這既是對學習成果的檢驗，也是將理論與實踐結合的過程，如圖4所示。實踐情境體驗社區（立體體驗空間）以包含“結構、巖土工程大學生創訓中心”和“交通科技大學生創訓平臺”在內的土木類創新實訓平臺為載體，具體形式有專業社會實踐項目、創新訓練計劃預報項目、學科競賽參與項目等，為學習者提供了一個生活化的、可實踐操作的支撐項目，助力學習者在原生知識基礎上賦予新內涵，進而構建新知識。

在實踐情境體驗社區，充分發揮學生主體作用，主要檢驗學生學習知識內化的結果，理論聯系實際，學生根據自身個性特點，自行提出并設計問題，選擇自己感興趣的體驗社區，選擇適合自己的競賽主題（專業、數學、力學等）和項目平臺（國家級、省級、校級），找到適合自己的團隊角色（管理協調、演講答疑、技術攻堅、調研分析等），將“理論知識”與“現實生活”牽引整合，讓學生真實體悟到專業的發展前景。實踐情境體驗將并行空間習得的零碎知識、觀點和信息自由組合，激發學生的發散性思維，從不同的多元視角內化為個人知識并付諸實踐，真正檢驗了學生創新實踐、跨界整合的能力。

五、 結語

“兩并行一實踐”空間學習共同體，在第一課堂外開辟了以“跨界整合、創新實踐提升、多元發展”為愿景和目標的靈活的學習組織模式，實現了線上與線下、分散與集中、校內與校外的“多重編織”，為學生打開了多元學習空間，培養了具備 “一專多能、跨界整合、創新實踐、國際視野、多元發展”等主要能力的工程科技人才。筆者從第二課堂這一視角出發，通過構建線上線下、實踐情境體驗空間，推進新工科建設發展，不斷豐富和完善自下而上且可落地生根的實踐策略，在優化傳統工科教育的基礎上，讓教與學無縫對接，通過學習共同體，讓學生成為能夠應付復雜多樣、快速多變的經濟發展環境的土木類工程人才。

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Abstract：?The new economic form of new technologies such as the internet， artificial intelligence and cloud computing has flourished. The construction of new engineering brings new opportunities and challenges to engineering education and new demands for engineering and technology professional. As a traditional specialty， civil engineering is faced with problems such as incomplete knowledge of social development and industrial needs and lack of interdisciplinary and cross-disciplinary integration. Civil engineering education is urgently needed to be improved and upgraded. Carrying out student-centered education and taking the second classroom as the foothold the School of Civil and Transportation of Hohai University realized the deep integration of teaching system design and student learning community construction of two parallel one practice space containing online virtual space offline shared space and practice situational experience space. On the basis of talents training to acquire professional competence， it helped them to gain the characteristics of innovative practice， cross - border integration and diversified development ability. The strategy assists the transformation of emerging ?engineering education ?from concept to action.

Key words：?emerging engineering education; cross boundary integration; innovation practice; learning community

（責任編輯 梁遠華）